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Transformateur électro-chimique pour courants électriques formée par Messieurs John Joseph RITTER & John Henry RITTER domiciliés tous deux à Seattle (Etat de Washington)
Etats Unis d'Amérique
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Cette invention vise un appareil électrolytique propre à transformer des courants électriques applica- ble notamment aux redresseurs de courants alternatifs'. et aux autres transformateurs et faisant office de dispo- sitif à faible impédance offrant une résistance très grande ou pratiquement infinie aux courants continus.
Selon un mode de redressement des courants électriques pulsatoires destiné à fournir du courant de voltage uni- forme, des bobines d'inductance'. sont reliées en série avec des condensateurs montés entre les fils d'arrivée et
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servant de dérivation pour les variations rapides de la force du courant.
Selon un autre mode de redressement, des batteries d'accumulation remplacent les condensateurs et sont agencées et reliées de telle sorte que quand la dif- férence de potentiel entre lesfils d'arrivée s'élève au-dessus de la valeur normale, un courant de charge tra- verse les batteries de sorte qu'une certaine quantité d'énergie se trouve accumulée par un changement chimique qui se produit dans la substance desplaques tandis que quand la différence de potentiel tombe au-dessous de la valeur normale, les batteries se déchargent en abandon- nant leur énergie au circuit de charge.
Selon la présente invention, une batterie d'éléments électrolytiques est disposée de manière à faire office de dispositif à faible impédance offrant une résistance très élevée ou pratiquement infinie aux courants continus en la reliant à un redresseur ou à un autre transformateur électrique de flacon à donner lieu à un système dans lequel le voltage envoyé dans la batterie est toujours inférieur à celui qui est nécessaire à la conduction électrolytique à travers cette batterie.
On sait que n'importe quel élément électrolytique possède un voltage critique qui est tel que tout voltage inférieur à ce voltage critique ne produit pas lorsqu'on l'envoie dans les électrodes de changement chimique de- dans tandis que tout voltage supérieur produit un change- ment dans ces électrodes ainsi que dans l'électrolyte qui coule à travers l'élément.
Dans le transformateur, objet de l'invention, le voltage auquel sont soumises les électrodes de chaque élément ne dépasse jamais le voltage critique en fonction- nement normal de sorte qu'aucun changement ne se produit
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évidemment dans la substance constitutive des électrodes ou dans l'électrolyte. Aussi peut-on établir les électro- des à l'aide d'une-substance sur laquelle l'électrolyte. n'ait pas d'action. Selon le mode.de réalisation préféré de l'invention, on choisit un métal dur comme l'acier sur lequel les alcalis caustiques-n'agissent pas facilement et on immerge les électrodes dans un électrolyte tel que de la potasse caustique, de la soude, de la lithine, de la baryte ou d'autresalcalis caustiquesà l'état aqueux ou ¯fondu.
De pareils éléments électrolytiques sont également bien appropriés à une connexion avec les sorties des re- dresseurs à courant pulsatoire ou constant ou des généra- teurs propres a agir sur les limites d'amplitude du poten- tiel, soit pour redresser la forme des ondes, soit pour contrecarrer l'effet dû à la réaction, soit encore pour empêcher le jaillissement d'étincelles lorsqu'on coupe le courant de charge. On relie alors ces éléments en déri- vation au circuit de charge et on proportionne leur nombre au voltage du circuit de,sortie de façon que le voltage envoyé dans l'appareil ne dépasse pas le voltage total cons- tituant le voltage critique de ces éléments. En shuntant les sorties des canalisations de courant continu pulsatoire le voltage critique de ces éléments peut dépasser le som- met du contour des ondes dans ces canalisations.
Pour la facilité de la compréhension de l'invention, elle va maintenant être décrite en regard du dessin annexé qui représente deux appareils à batteries d'éléments élec- trolytiques qui en constituent de bons modes de réalisation.
La figure 1 est une vue schématique montrant l'ordon- nance générale de l'appareil.
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La figure 2 montre, également en schéma, un autre appareil qui s'adapte au cas descourants alternatifs à haute fréquence.
Ces dessins ne font que donner des exemples, car n'importe quel type de redresseur : relais, systèmes à cames ou commutateurs, valves d'électrodessoumises au contrôle automatique peut servir à mettre s batteries en état de charge et décharge, soit synchroniquement, soit asynchroniquement avec les variations du courant dé- bité ou dérivé, ou en êta.t de charge ou décharge propice à empêcher la production d'étincelles.
Dans la réalisation montrée par la figure 1, une batterie est reliée directement avec une source de cou- rant pulsatoire passant dans une seule direction, lequel courant est fourni par un transformateur en passant par des redresseurs. Cette figure fait également voir des batteries de ce genre, reliées avec des sources de courant pulsatoire d'une seule direction, où le potentiel varie du maximum à zéro, et où l'adjonction de valves est néces- saire aux fins d'empêcher tout contre-courant en retour vers la source ; dans le cas de la deuxième et de la troisième des batteries, au débit du courant, on n'a be- soin d'aucune valve, étant donné que le potentiel fourni demeure relativement constant.
Lorsqu'on met en dériva- tion le débit d'une génératrice de courant continu, on n'a besoin ni de valves, ni de coupe-circuits, car, à l'ar- rêt de la génératrice, le total d'énergie potentielle est devenu tout à fait minime.
La réalisation représentée par la figure 2 s'emploie pour les courants alternatifs de haute fréquence, en char- ge et en décharge, ou bien entre des circuits divisés;
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et elle fait voir un moyen'de se dispenser des bobines de réactance en effectuant la dissociation des connexions électriques, de façon que les batteries soient consécuti- vement mises tout à fait en charge ou en décharge. On peut mettre desbatteries en dérivation par dessus lesbouts de fils du redresseur du débit et les bouts ou bornes du débit en courant continu, pour obtenir la stabilisation du flux de courant à ces points etc.. et, si on le désire, des bo- bines de réactance peuvent être insérées dans le circuit du courant continu du débit.
Dans le cas de la figure 1, l'enroulement 1 est le primaire d'un transformateur, qui peut être rattaché aux points 2 et 3, à un circuit électrique convenable, parcouru par un courant alternatif. A l'enroulement secondaire du transformateur, désigné par 4, sont adjoints des redres- seurs 5 et 6 à chaque extrémité, et ceux-ci sont rattachés à l'enroulement aux points 7, 8, 9 et 10 respectivement. Ces connexions unissent le bobinage au filament du tube du re- dresseur, ainsi qu'on l'a représenté dans cette figure, et les plaques des tubes, qui sont équipées d'électrodes,. terminales 11 et 12 sont réunies avec un point commun 13 par le moyen de fils conducteurs il}, et 15.
Ce point 13 se rattache par un fil 16 à la borne opposée 17 d'une batterie
18, tandis que la borne opposée 19 de la batterie est re- liée, par un fil 20, au centre de l'enroulement 4, au point
21, ainsi qu'on l'a représenté.
La batterie 18 peut comporter deux ou n'importe quel autre nombre de plaques disposées en groupes et immergées dans une solution. Ces plaques peuvent étre en n'importe quelle matière appropriée; toutefois il est préférable d'em- ployer un métal dur, de sorte qu'il n'y ait que les surfaces
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qui doivent réellement agir, d'où il s'ensuit que, inté- rieurement, elles seront préservées de toute altération chimique et physique- La solution qui constitue l'ambiance électrolytique peut être aqueuse ou non, et elle peut être soit solide, soit semi-solide, soit liquide, soit gazeuse, ou semi-gazeuse, métallique ou se ni -métallique. C'est ainsi qu'on réalise des batteries secondaires pour une accumu- lation transitoire ;
pour un instant seulement que le courant est accumulé quand il traverse la batterie.
Celle-ci en effectuant l'accumulation, donne naissance à une force électro-motrice de sens opposé aussitôt que le courant est appliqué, et opère alors instantanément la décharge, ce qui réalise une accumulation transitoire.
C'est également par cette action que l'on peut expliquer ce qui s'entend par "transmission particulaire" en ce sens que le courant est transmis par particulesqui ne peuvent s'accumuler; ces particules traversent¯les batteries à des intervalles réguliers, dépendant de la fréquence du courant dont on opère la conversion, et il ne faut qu'une très petite fraction de seconde pour le transport de cha- que particule au travers de la batterie. Les batteries ne retiennent pas de courant de façon permanente, dès que le fonctionnement cesse, la batterie revient à son état primitif ce qui est dénoté par l'absence de potentiel.
Le dispositif est en somme appelé du nom de "batterie" parce qu'il réalise instantanément l'accumulation d'une petite quantité du courant et comme, plutôt que d'accumu- ler encore celui-ci, elle en opère instantanément la dé- charge, on lui donne le nom d'"accumulatrice transitoire".
Il est à noter que n'importe quel nombre convenable de ces batteries peuvent s'employer, selon celles que l'on
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peut le voir par le dessin, et que. des. bobinesde réactance
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'A # suivant les indications des chiffres 22, peuvent être insé- rées dans les fils conducteurs régnant entre les batteries, afin de réduire au minimum l'effet'pulsatoire. Le disposi- tif qu'il s'agit de desservir par le courant peu , alors, être relié aux bornes ou pôles 23 et 24.
On remarquera que, quand le courant alternatif tra- verse l'enroulement 1 dans un sens, il passera dans la direction opposée dans l'enroulement 4; et, comme il lui sera impossible de traverser le redresseur venant de l'en- roulement, il traversera le fil 20, la batterie 18, le fil 16 et les fils 14 et 15 pour rentrer au redresseur et, en- suite, traverser l'enroulement 4. ayant ainsi pour effet de compléter un circuit aboutissant au point 21; alors, quand le flux de courant passant dans l'enroulement 1 a son sens renversé, on obtient un flux opposé dans l'enrou- lement secondaire, et c'est le redresseur opposé qui fonc- tionne.
On remarquera immédiatement que, quand le courant passe à travers les dispositifs ordonnés de cette manière, on a le contrôle sur les limites d'amplitude de voltage ou de potentiel, et la conversion est prati.cable d'une façon analogue à une transformation de courant alternatif en courant continu par des équipements de moteur-généra- trice.
Dans le mode d'éxecution représenté par la figure 2, les fréquences de variation dans la source de courant ne sont pas appliquées sur le circuit du débit; et, en cette réalisation, les bobines de réactance' sont remplacées par un dispositif destiné à dissocier les connexions électri- ques, en sorte-que les batteries se trouvent consécutive- ment, soit entièrement en étende charge, soit entièrement
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en état de décharge.
Dans cet exemple, on emploie un rotor 25 qui, comme on l'a représenté, peut être divisé en sections et en seg- ments. A une extrémité, on a une section relativement gran- de, qui est divisée en quatre segments, suivant indication des chiffres 26, 27, 28 et 29. La section faisant immédia- tement suite, désignée par le nombre 30 , affecte la forme d'un anneau complet; en suite à cet anneau, il y en a d'au- tres 32, 33 et 34 qui sont rattachés aux segments 27, 28 et 29 par des tiges35, 36 et 37 re spevtivemen t. Le rotor tourne entre des balais ainsi qu'on l'a indiqué; à une extré- mité, on a les balais 38 et 39, en engagement avec les segments 26, 27, 28 et 29;
à ces balais font suite d'autres balais 40, 41, 42 et 43, lesquels sont disposés par paires, et s'engagent respectivement avec les anneaux 30, 32, 33 et 34, Dans cet exemple, l'enroulement primaire du trans- formateur est indiqué par le nombre 44 et' l'enroulement secondaire par le nombre 45. Ces enroulements sont disposés ainsi qu'on les a représentés, et le redresseur, comme on l'a indiqué en est relié à un bout de l'enroulement 45 par l'intermédiaire de son filament, la jonction ayant lieu aux points 47 et 48 La plaque du redresseur est rattachée, par l'intermédiaire d'un fil 49, au balai 38 du rotor; et le balai 39 est relié, par l'intermédiaire d'un fil 50, à l'une des extrémités du débit, au point indiqué par le nombre 51.
Les balais 40, 41, 42 et 43 sont respectivement reliés par les fils/52, 53, 5. et 55, aux batteries 56, 57 58 et 59 et les pôles opposés de ces'batteries sont ratta- chés, par les fils 60, 61, 62 et 63 à une extrémité de l'en- roulement secondaire 45 ainsi qu'à l'autre des bornes pôles du débit, laquelle est indiquée par le nombre 64.
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Quand le rotor est à la position représentée, les segments 28 et 29 portent contre le balai 39; comme ils sont rattachés aux anneaux 33 et 34, on a un circuit com- plet pour le passage d'tun courant à travers les batteries
58 et 59, et, par là même à traversn'importe quel dispo- sitif à destination duquel on produit le courant; en même temps, lessegments 26 et 27 viennent en engagement avec la balai 38, et, du fait qu'ils sont, rattachés aux anneaux 30 et 32, on a un circuit complété pour le passage du cou- rant émis des batteries 56 et 57 .et traversant l'enroule- ment 45 du transformateur, ayant ainsi pour effet de char- ger ces batteries, tandis que les batteries 58 et 59 effec- tuent leur décharge à travers les bornes pôles du débit, comme on l'a décrit plus haut.
L'on remarquera donc que, quand il tourne, le rotor 25 provoque consécutivement la mise en état de charge ou de décharge des batteries, d'où il s'ensuit la dissociation des courants électriques et, de ce fait, la réduction à un minimum des variations dans la haute fréquence, lesquelles, dès lors, ne viennent plus influer sur le circuit du débit.
Ce type de convertisseur, faisant usage de batteries secondaires pour une accumulation transitoire, est conçu en vue dé fonctionner d'une façon continue, en corrélation avec une source de courant, pour opérer la conversion de ce dernier, s'il est à ondulations, en un courant de poten- tiel constant, ou bien agit soit pour prolonger les périodes de hausse ou d'abaissement, soit pour diminuer ces périodes.
Le dispositif produit ses effets en corrélation avec la période de fluctuations ou variations et, du fait d'agir pour la commande des effets d'induction, le dispositif est du ressort de l'électro-dynamique. Les fonctions cycliques
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de l'absorption et de la compensation sont déterminées @ par les limites d'amplitude du potentiel'pour les circuits en cause, la fréquence de la génération de courant et la fréquence des changements dans le flux en rapport avec les limites d'amplitude du potentiel d'accumulation à tout instant déterminé. La durée de ces fonctions peut exister dans les fréquences d'infra-audio, d'audio et de radio; quand elles sont limitées à ces cas, on a des échanges d'énergie aux centres de potentiel.
La période d'absorp- tion et de compensation d'énergie par les batterie a sa durée limitée à ces variations. Les attributs qui dis- tinguent l'accumulation réelle n'existent pas ici, car l'ordonnance du convertisseur ou de la batterie repose sur la conception que, là où il y a continuellement amenée de courant par voie de transport, l'accumulation n'a plus aucune importance.
Le processus de la polarisation et de la dépolarisa- tion suit son cours en combinaison avec des batteries secondaires, à fonctions transitoires d'absorption et de compensation d'énergie; les variations réciproques de nature chimique et mécanique ou physique impliquant 1 'exis- tence d'énergie dans lescycles respectifs de charge et de décharge, sont restreintes, en sorte que le déplace- ment maximum d'énergie puisse être atteint dans les inter- valles de temps d'un minimum de durée ; lalimitation du laps de temps pour l'absorption et la compensation d'éner- gie agit pour maintenir l'état d'équilibre entre les énergies statique et cinétique, ce qui, en outre, contri- bue au maintien de la réciprocité entre la source et le débit.